KR100379302B1 - Piston top ring - Google Patents

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KR100379302B1
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    • F16J9/06Piston-rings, e.g. non-metallic piston-rings, seats therefor; Ring sealings of similar construction using separate springs or elastic elements expanding the rings; Springs therefor ; Expansion by wedging

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Abstract

본 발명의 목적은 블로바이 가스량을 줄여 엔진 출력을 향상시키며, 연소실로의 오일 침투를 방지하여 오일소모 방지 및 대기 오염을 저감할 수 있는 엔진 피스톤 탑링의 구조를 제공하는 데 있다.It is an object of the present invention to improve the engine output by reducing the amount of blow-by gas, to provide a structure of the engine piston top ring that can prevent oil penetration into the combustion chamber to prevent oil consumption and reduce air pollution.

이를 위해 본 발명은 합구부가 있는 피스톤 탑링에 있어서, 상기 합구부의 서로 대향되는 면에는To this end, the present invention in the piston top ring having a mouth portion, the face of the mouth portion facing each other

단, r : 반경Where r is the radius

h : 링의 전체 높이h: overall height of the ring

g : 합구부의 폭g: width of the mouth

인 반지름을 원호로 하는 반원홈이 형성되며, 그 반원홈의 상하 양단의 높이는 각각인 것을 특징으로 한다.Semicircle grooves are formed with an arc of phosphorus radius, and the heights of the upper and lower ends of the semicircle grooves are respectively It is characterized by that.

Description

엔진의 피스톤 탑링{Piston top ring}Piston top ring for engines

본 발명은 블로바이 가스 발생 및 엔진 오일 소모를 위한 엔진 피스톤 탑링의 구조 개선에 관한 것이다.The present invention relates to a structural improvement of an engine piston top ring for blow-by gas generation and engine oil consumption.

피스톤의 헤드부는 연소실의 일부를 형성하는 실린더와 같은 고온을 받지만냉각수나 외기로 직접 냉각할 수 없기 때문에 실린더에 비해 그 팽창 비율이 크며, 피스톤의 설계치수는 온도의 상위에 의한 이와같은 팽창을 고려하여 헤드부의 직경을 스컷부의 직경보다 작게하여 클러어런스를 두고 있으며, 그 틈새(클리어런스)를 통하여 압축가스가 누설(블로바이가스)되는 것을 방지하기 위하여 피스톤링을 헤드부에 장착하고 있다.The head of the piston receives the same high temperature as the cylinder that forms part of the combustion chamber, but its expansion ratio is larger than that of the cylinder because it cannot be directly cooled by coolant or outside air, and the design dimension of the piston considers such expansion due to the difference in temperature. The diameter of the head portion is smaller than that of the cut portion so that a clearance is provided, and a piston ring is attached to the head portion to prevent the compressed gas from leaking through the clearance (clearance).

이와같은 피스톤링은 압축과 팽창가스 압력에 대해서 연소실의 기밀을 유지하고 팽창가스를 연소실에서 크랭크 케이스로 누설되는 것을 방지함과 동시에 피스톤이 받은 열의 대부분을 실린더 벽에 전달하고 또 실린더 벽에 뿌려진 오일을 긁여내려 필요로 하는 최소한의 유막을 만듦과 동시에 남은 오일이 연소실로 침입해서 올라가는 것을 방지하기 위하여 실린더보어에 기밀하게 접촉할 수 있도록 하기 위해서는 적당한 탄성이 필요하기 때문에 원의 한쪽의 개방되어 있는 주철재 또는 강재의 링으로 형성하여 피스톤링 그루우브에 끼워 장착하게 된다.This piston ring keeps the combustion chamber tight against compression and expansion gas pressure and prevents the expansion gas from leaking from the combustion chamber into the crankcase, while transferring most of the heat the piston receives to the cylinder wall and oil sprayed on the cylinder wall. The open opening on one side of the circle is required to provide the minimum amount of oil required to scrape off and at the same time provide adequate resilience to the cylinder bore to provide a tight contact with the cylinder bore to prevent the remaining oil from entering and entering the combustion chamber. It is formed of a ring of steel or steel and fitted to the piston ring groove.

한편, 피스톤링은 열팽창 및 피스톤링의 그루우브에 끼워 장착하기 위하여 링의 일부를 절단하여 장력이 생기도록 한 합구부(end gap)를 두게 되는데 이 틈새인 합구부를 통하여 압축가스가 누설(블로바이가스라 칭함)되며, 또 엔진오일이 연소실로 침입하는 통로로서 작용하게 된다.On the other hand, the piston ring is provided with an end gap that cuts a portion of the ring to generate tension in order to be fitted to the groove of the expansion and piston ring, the compressed gas leaks through Bigas), and serves as a passage for the engine oil to enter the combustion chamber.

이와같이 합구부의 존재는 엔진오일의 소모와 밀접한 관계를 가지게 되는데 합구부로 인하여 피스톤 탑링의 상하(제1랜드부와 제2랜드부)간에 압력차가 생기게 된다.As such, the presence of the inlet portion is closely related to the consumption of engine oil. Due to the inlet portion, a pressure difference is generated between the upper and lower portions of the piston top ring (the first and second land portions).

그런데 제2랜드부(피스톤 탑링과 피스톤 세컨링사이)의 압력이 높으면 팽창행정 후단부 이후에 탑링의 상하 압력이 역전되는 구간이 나타나게 되며, 이로인해 피스톤 탑링이 상하 방향으로 움직이게 되어 오일소모를 유발하게 되는 문제점이 있게 된다.However, if the pressure of the second land portion (between the piston top ring and the piston second ring) is high, a section in which the up and down pressure of the top ring is reversed appears after the rear end of the expansion stroke, thereby causing the piston top ring to move up and down to induce oil consumption. There is a problem.

이러한 문제를 해결하기 위하여 피스톤 탑링의 합구부의 크기는 작게하고 피스톤 세컨링의 합구부의 크기는 크게하여 제2랜드부의 압력을 높지않게 유지하는 것이 필요한바, 피스톤 탑링의 합구부를 통과하는 유량을 작게 만들고 피스톤 세컨링의 합구부를 통과하는 유량은 크게 하거나 제2랜드부의 체적을 크게하여 압력을 낮추는 방안이 필요하다.In order to solve this problem, it is necessary to keep the size of the inlet of the piston top ring small and the size of the inlet of the piston second ring large so as to keep the pressure of the second land portion high. It is necessary to reduce the pressure by increasing the flow rate through the inlet portion of the piston second ring and increasing the volume of the second land portion.

이때문에 도 4에 도시하는 것과 같이 블로바이가스량 및 엔진오일양의 소모를 감소시키기 위하여 여러가지 형태의 합구부(10)(11)(12)(13)를 가진 피스톤링 (14)(15)(16)(17)이 사용되고 있다.For this reason, as shown in Fig. 4, in order to reduce the consumption of the blow-by gas amount and the amount of engine oil, piston rings 14, 15 having various inlet portions 10, 11, 12, 13 are formed. 16) and 17 are used.

그러나 상기한 형상의 다양한 합구부를 가진 피스톤링등은 그 가공이 복잡하여 단가가 상승하며, 돌출부에 열응력이 집중하여 강도가 약하다는 문제점 및 합구부를 통과하는 유량의 감소효과를 얻기가 실제로는 곤란하다는 문제점이 지적되고 있다.However, the piston ring and the like having various inlet parts of the above-described shape is complicated in processing, and the unit cost increases, and the heat stress is concentrated on the protruding portion, so that the strength is weak and the flow rate through the inlet is reduced. It is pointed out that the problem is difficult.

이에 본 발명은 상기한 점을 감안하여 제안한 것으로서 그의 목적으로 하는 것은 블로바이 가스량을 줄여 엔진 출력을 향상시키며, 연소실로의 오일 침투를 방지하여 오일소모 방지 및 대기 오염을 저감할 수 있는 엔진 피스톤 탑링의 구조를 제공하는 데 있다.Accordingly, the present invention has been proposed in view of the above, and its object is to reduce the amount of blow-by gas to improve engine output, and prevent engine oil penetration into the combustion chamber to prevent oil consumption and reduce air pollution. To provide a structure.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 합구부가 있는 피스톤 탑링에 있어서, 상기 합구부의 서로 대향되는 면에는 임의 형상의 홈이 형성된 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention is characterized in that in the piston top ring having the inlet portion, grooves of any shape are formed on surfaces facing each other of the inlet portion.

도 1은 본 발명에 의한 엔진 피스톤링의 합구부를 나타내는 사시도1 is a perspective view showing the fitting portion of the engine piston ring according to the present invention

도 2는 본 발명에 의한 엔진 피스톤링의 합구부를 나타내는 정면도Figure 2 is a front view showing the fitting portion of the engine piston ring according to the present invention

도 3은 피스톤 탑링의 합구부를 통과하는 유량 계산을 위한 모델도3 is a model diagram for calculating the flow rate through the mouth of the piston top ring

도 4는 일반적 피스톤 탑링의 구조4 is a structure of a general piston top ring

※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명※ Explanation of codes for main parts of drawing

1 : 피스톤 탑링 2 : 합구부1: piston top ring 2: mouth

3,4 : 반원홈 g : 합구부폭3,4 semicircular groove g

h : 피스톤링 전체두께 h1(½g): 상부두께(높이)h: Overall thickness of piston ring h 1 (½g): Upper thickness (height)

h2(½g): 하부두께(높이)h 2 (½g): Lower thickness (height)

이하 본 발명의 구성과 작용을 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.Hereinafter, the configuration and operation of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 의한 피스톤 탑링의 합구부 구조를 나타낸 사시도이며, 도 2는 동상 합구부의 정면도이고 그리고 도 3은 합구부를 통과하는 유량 계산모델이다.1 is a perspective view showing the structure of the inlet portion of the piston top ring according to the present invention, FIG. 2 is a front view of the in-phase inlet portion, and FIG. 3 is a flow rate calculation model passing through the inlet portion.

본 발명의 피스톤링(1)의 합구부(2)는 폭이 g이고, 높이(피스톤링의 전체 높이와 동일)는 h이다.The mouth port 2 of the piston ring 1 of the present invention has a width g and a height (same as the entire height of the piston ring) is h.

이 피스톤링(1) 합구부(2)의 서로 대향되는 면에는 반경인 홈, 도시한 실시예에서는 반원홈(3)(4)이 형성되어 있으며, 이 반원홈(3)(4)의 상하 양측에는의 높이(h1)(h2)(상하 끝단까지 보아서는 두께에 해당)로 형성되어 있다.Radius is provided on the surfaces of the piston ring 1 and the inlet portion 2 that face each other. In the groove, in the illustrated embodiment, semicircular grooves 3 and 4 are formed, and on the upper and lower sides of the semicircular grooves 3 and 4, respectively. It is formed by the height h 1 (h 2 ) of (corresponding to the thickness up to the top and bottom ends).

도 3에서 제2랜드부(5)의 압력Pressure of the second land portion 5 in FIG. 3 silver

단, Q1= 피스톤 탑링의 합구부를 통과하는 유량Q 1 = Flow rate through the inlet of the piston top ring

Q2= 피스톤 세컨링의 합구부를 통과하는 유량Q 2 = Flow rate through the inlet of the piston second ring

V1= 제2랜드부와 피스톤 사이에 형성되는 클리어런스의 체적V 1 = volume of clearance formed between the second land portion and the piston

T2= 제2랜드부의 온도T 2 = temperature of the second land portion

만일인 아음속(subsonic) 상태라면if If you are in a subsonic state

이되며,Become,

만일인 초음속(supersonic)if Supersonic

상태라면If it is

단, A : 합구부 면적However, A: area of the pit

Cd : 송출계수Cd: Transmission Factor

: 공기의 비열비(1.4) : Specific heat ratio of air (1.4)

R : 공기의 기체상수R: Gas constant of air

P1: 연소실 압력P 1 : combustion chamber pressure

T1: 연소실 온도T 1 : combustion chamber temperature

이 된다.Becomes

여기서 연소실의 압력과 제2랜드부의 압력차(P1-P2)가 크지 않을 때에는 피스톤링의 합구부를 통과하는 유량은 상기식(1)과 같이 결정되며, 그 압력차(P1-P2)가 매우 큰 경우 합구부를 통과하는 유량은 초음속 유동을 나타낸다. 그런데 합구부에서의 유량 송출 계수는 합구부의 형상에 큰 영향을 받는데 그 형상비(h/g)가 약 1에서 2 사이 구간에서 송출계수(Cd)는 최대값을 가지게 된다.Here, when the pressure in the combustion chamber and the pressure difference (P 1 -P 2 ) of the second land portion is not large, the flow rate passing through the inlet of the piston ring is determined as in Equation (1), and the pressure difference (P 1 -P). If 2 ) is very large, the flow rate through the inlet is indicative of supersonic flow. By the way, the flow rate transmission coefficient at the inlet portion is greatly influenced by the shape of the inlet portion, the discharge coefficient (Cd) has a maximum value in the section between the shape ratio (h / g) of about 1 to 2.

따라서 송출계수(Cd)를 줄이기 위해서는 형상비(h/g)를 작게하는 것이 중요하며, 본 발명은 도 1과 같이 구성하므로써, 송출계수를 낮추게 된다.Therefore, it is important to reduce the aspect ratio (h / g) in order to reduce the transmission coefficient (Cd), the present invention is configured as shown in Figure 1, lowering the transmission coefficient.

즉, 본 발명과 같이 구성하면 형상비가 0.5인 두개의 좁은 통로를 오일이 통과하는 것이 되어 합구부(2)를 통과하는 유량(Q1)이 감소되며, 또, 하나의 목을 통과하던 것이 두개의 좁은 통로를 통과하게 되므로써 유동 저항이 증가하여 Q1이 감소하게 된다.That is, when configured as in the present invention, the aspect ratio The oil passes through two narrow passages of 0.5 so that the flow rate Q 1 passing through the inlet 2 is reduced, and the flow resistance through the passage of one neck through the two narrow passages This increases and Q 1 decreases.

한편, 피스톤 탑링(1) 합구부(2) 상하의 압력차(P1-P2)가 커서 초음속 유동이 되는 경우 기존링과 본 발명의 링이나 모두 입구의 단면적과 연소실의 압력과 온도에 따라 유량이 결정되므로 두가지 모두 동일한 유량을 가지게 된다.On the other hand, when the pressure difference (P 1 -P 2 ) of the piston top ring (1) upstream and downstream of the mouth ( 2 ) is large, so that the supersonic flow flows, the existing ring and the ring of the present invention, or both, according to the cross-sectional area of the inlet and the pressure and temperature of the combustion chamber Since this is determined, both will have the same flow rate.

따라서 엔진의 전 운전 영역에서 피스톤 탑링의 합구부(2)를 통과하는 유량 (Q1)은 본 발명과 같은 링 구조에서 더 작게 되며, 통과 유량이 작게되면 제2랜드부의 압력(P2)도 낮아져 피스톤 탑링(1)이 링그루우브내에서 상하로 운동하는 것이 줄어들어 연소실로의 오일 침투가 줄어들게 되는 것이다.Therefore, the flow rate Q 1 passing through the inlet portion 2 of the piston top ring in the entire operating region of the engine is smaller in the ring structure as in the present invention, and when the passage flow rate is small, the pressure P 2 of the second land portion is also reduced. The lower the piston top ring (1) is to move up and down in the ring groove to reduce the oil penetration into the combustion chamber.

여기서 홈(3)(4)의 형상으로는 반원형 뿐 아니라 직사각형, 사각형 및 삼각형 등 어느 것이라도 가능하다.Here, the shape of the grooves 3 and 4 may be not only semicircular but also rectangular, square and triangular.

이상과 같은 본 발명에 의하면 피스톤 탑링의 합구부의 형상을 변경하여 형상비가 낮은 두개의 좁은 통로로 유량이 통과하도록 하는 것에 의해 피스톤 탑링의 상하 운동이 줄어 연소실로의 오일 침투를 방지하여 오일 소모 및 배기가스 발생을 크게 줄이게 되는 효과가 있으며, 또 블로바이가스 발생량도 줄어들게 되는 효과가 있다.According to the present invention as described above by changing the shape of the inlet portion of the piston top ring to allow the flow rate to pass through the two narrow passages having a low aspect ratio, the vertical movement of the piston top ring is reduced to prevent oil penetration into the combustion chamber to prevent oil consumption and There is an effect to greatly reduce the exhaust gas generation, and also has the effect of reducing the blow-by gas generation amount.

Claims (5)

합구부가 있는 피스톤 탑링에 있어서,In the piston top ring with the inlet, 상기 합구부의 서로 대향되는 면에 임의 형상의 홈을 형성하되,To form a groove of any shape on the surface facing each other of the fitting portion, 상기 홈의 상하 양단의 높이(h1,h2)는 각각 1/2g인 것을 특징으로 하는 엔진의 피스톤 탑링.The height (h 1 , h 2 ) of the upper and lower ends of the groove are each 1/2 g piston top ring. 단, h1: 상단의 높이Where h 1 : height at the top h2: 하단의 높이h 2 : height of the bottom g : 합구부의 폭g: width of the mouth 삭제delete 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 적어도 상기 홈의 상단의 높이(h1)는 1/2g인 것을 특징으로 하는 엔진의 피스톤 탑링.The piston top ring of the engine, characterized in that at least the height h 1 of the upper end of the groove. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 적어도 상기 홈의 하단의 높이(h2)는 1/2g인 것을 특징으로 하는 엔진의 피스톤 탑링.The piston top ring of the engine, characterized in that at least the height h 2 of the bottom of the groove is 1 / 2g. 제 1 항 또는 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,The method according to claim 1 or 3 or 4, 상기 홈은 직사각형, 정사각형, 삼각형 및 반원형 중에서 선택되는 어느 하나의 홈인 것을 특징으로 하는 엔진의 피스톤 탑링.Wherein the groove is a piston top ring of the engine, characterized in that any one of the groove selected from rectangular, square, triangular and semi-circular.
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